Mogelijke doorbraak in onderzoek donkere materie

Donkere materie kent misschien twee energieniveaus. Door het absorberen en opnieuw uitzenden van röntgenstraling met een energie van 3,5 kilo-elektronvolt (keV) zouden donkere-materiedeeltjes tussen deze twee energieniveaus kunnen 'wisselen'. Als dit idee stand houdt, biedt het nieuwe mogelijkheden voor het onderzoek aan het mysterieuze bestanddeel van de kosmos. Tot nu toe heeft donkere materie zich alleen 'verraden' door zijn zwaartekrachtwerking. De ware aard ervan is nog steeds een raadsel.

Het idee van de twee energieniveaus wordt geopperd in een artikel in Physical Review D. Daarin worden röntgenwaarnemingen beschreven van de Perseus-cluster van sterrenstelsels, verricht door het Amerikaanse Chandra X-ray Observatory. Eerder is al ontdekt dat clusters van sterrenstelsels relatief veel röntgenstraling uitzenden met een energie van 3,5 keV. Die straling kan niet eenvoudig verklaard worden door bekende astrofysische processen; sterrenkundigen hadden daarom al gesuggereerd dat deze 'röntgenemissielijn' iets met donkere materie te maken zou kunnen hebben.

Nieuwe, gedetailleerde waarnemingen van de 'breedbandige' röntgenstraling uit de directe omgeving van het superzware zwarte gat in het centrum van de cluster laten nu echter zien dat er daar juist sprake is van een tekort aan röntgenstraling van deze specifieke energie - een 'absorptielijn'. De vergelijking dringt zich op met heet gas, dat op bepaalde golflengten licht uitzendt, maar op diezelfde golflengten licht absorbeert wanneer het zich tussen een heldere lichtbron en de aarde bevindt.

Als de 3,5 keV-straling echt geassocieerd is met donkere materie, doen de nieuwe waarnemingen vermoeden dat ook donkere materie een 'grondtoestand' en een 'aangeslagen toestand' kent, net zoals dat het geval is voor de atromen in gasmoleculen. De onderzoekers zijn echter nog heel voorzichtig met het trekken van conclusies.